Способ определения железа в деионированной воде

 

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к способам определения железа, и может быть использовано для анализа деионированной воды, применяемой при производстве изделий электронной техники. Цель изобретения - повышение чувствительности и экспрессности анализа железа. Для этого железо, содержащееся в деионированной воде, восстанавливают до железа (II), которое переводят в комплекс с О-фенантролином. Фенантролинат железа (II) концентрируют добавлением суспензии макропористого катионита КУ-23 с размером частиц 1-10 мкм при его содержании 2-6 мкг/мл и фильтрованием суспензии через мембранный фильтр с размером пор 1,2-1,8 мкм. Интенсивность окраски концентрата на фильтре измеряют денситометрированием. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ .СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

SU»153961

А1 (51) 5 G 01 М 21/78

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ концентрируют добавлением суспензии макропористого катионита КУ-23 при содержании его 2-6 мкг/мл пробы с размером частиц 1-10 мкм и фильтрованием суспензии через мембранный фильтр, а измерение интенсивности окраски концентрата, находящегося в виде тонкого слоя катионита на фильтре, проводят с помощью денситометра.

Выбор катионита для концентрирования фенантролината железа (II) определяется его природой: это комплексный катион Fe(phen) >, который должен сорбироваться катионитом. Концентрирование фенантролината железа (II) на катионите Дауэкс 50W-Х2 в

Н -форме с зернением 60-125 мкм исГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР.

1 (21) 4406798/31-25 (22) 11.04.88 (46) 30.01.90, Бюл. Ф 4 (71) Институт коллоидной химии и химии воды им. А.В.Думанского (72) А.Т.Пилипенко, А,В.Терлецкая, Т.А..Богословская и B.Â.Ïoïoâ (53) 543.42(088.8) (56) Yoshimura К., Waki Н. Ion-exchanger phase absorptiometry for

trace analysis — Talanta, 1985, 37, Р 5, р. 345-352.

Nigo S. Yoshimura К., Tarutani Т. Ion-exchanger colorimetry. Vll

Nicrodetermination of iron (Il) and

iron (III) in natural Water, Talanta 198 1. v. 28, р. 669-674. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗА В

ДЕИОНИРОВАННОЙ ВОДЕ (57) Изобретение относится к аналиИзобретение относится к аналитической химии, а именно к способам определения железа, и может быть использовано для анализа деионированной воды, применяемой при производстве изделий электронной техники.

Целью изобретения является повышение чувствительности определения железа с о-фенантролином при одновременном обеспечении экспрессности анализа деионированной воды.

Способ осуществляют следующим об. разом.

Еелезо в деионированной воде восстанавливают до железа (II), которое переводят в комплекс с о-фенантролином. Фенантролинат железа (II) 2 тической химии, а именно к способам определения железа, и может быть использовано для анализа деионированной воды, применяемой при производстве изделий электронной техники.

Цель изобрегения — повышение чувствительности и экспресснос анализа железа.Для этого железо, содержащееся в деионированной воде, восстанавливают до железа (II), которое переводят в комплекс с о-фенантролином. Фенантролинат железа (II) концентрируют добавлением суспензии макропористого катионита КУ-23 с размером частиц

1-10 мкм при его содержании 26 мкг/мл и фильтрованием суспензии через мембранный фильтр с размером пор 1,2-.1,8 мкм. Интенсивность окраски концентрата на фильтре измеряют денситометрированием. 1 табл.

1539616 пользуется для определения железа методом ионообменной фотометрии; отечественные катиониты для этой цели не применялись.

Для исследования предварительно были отобраны катиониты, которые хорошо измельчаются, не окрашивают мембранные фильтры и не мешают дальнейшему денситометрическому измерению: сильнокислотный макропористый катионит КУ-23 RSÎ Н) в Н -форме и сла3 боосновный с гелевой структурой

КБ-4П-2 (RCQONa) в Na+-форме. Оба катионита измельчали во влажном состоянии в агатовой ступке в течение

30 мин. С помощью оптического микроскопа и путем фильтрации через мембранные фильтры с разным размером пор установлено, что максимальный размер частиц в суспензии Ку-23 составляет 10 мкм, à Kh-4П-2 — 12 мкм.

Опыты показали, что более крупные частицы катионита плохо удерживаются на мембранном фильтре и ссыпаются 25 с него.

В результате анализа образцов воды с содержанием 0,25 0,5; 1,0;

2,0; 4,0 мкг Fe/ë в отсутствие катионита и в присутствии КУ-23 и 30

КБ-4П-2 (количество катионита—

5 мкг/мл пробы, объем пробы- 0,25 л) установлено, что в отсутствие катионита фенантролинат железа (II) не концентрируется на мембранных фильтрах во всем исследованном интервале концентраций железа. В присутствии катионита КУ-23 железо определяется при концентрациях ) 0,5 мкг/л и не обнаруживается при содержании 40

0,25 мкг/л, так как в этом случае окраска мембранных фильтров не отличается от холостого опыта. Концентрат фенантролината железа (II) окрашивает мембранный фильтр в красно- 45 оранжевый цвет разной интенсивности в зависимости от концентрации железа; при отсутствии железа в растворе мембранный фильтр остается бе лым. В присутствии ионита КБ-4П-2 железо обнаруживается при содержании ),2 мкг/л и не обнаруживается при содержаниях 0,25; 0,5; 1 0 мкг/л.

Таким образом, наибольшая чувствительность определения железа состав55 ляет 0,5 мкг/л и достигается при использовании в качестве сорбента

КУ-23. Следовательно, лучшим сорбентом для определения железа в виде фенантролината является катионит

КУ-23.

Были проанализированы образцы воды, содержащие 1,0 и 5,0 мкг Fe/ë.

B пробу объемом 0,25 л вносили 1 мг сорбента КУ-23 с размером частиц l-10 мкм. Время контакта фенантролината железа (II) с суспензией КУ-23 изменялось от 1 до 25 мин. Независимо от времени между добавлением

КУ-23 и началом фильтрования содержание железа в пробах открывается с погрешностью, не превышающей 20Х.

Значит, количественная сорбция фенантролината железа (II) на частицах катионита КУ-23 прдисходит практически мгновенно. Это приводит к повышению экспрессности метода в сочетании с высокой чувствительностью.

При использовании для сорбирования фенантролината железа (II) фракции катионита КУ-23 с размером частиц

0,2-1„0 мкм для количественного выделения концентрата необходимо использовать мембранные фильтры с размером пор менее 0,2 мкм.

Количество сорбента и фильтрующий материал выбраны из условий, обеспечивающих наибольшую чувствительность определения железа, а также экспрессность анализа. В таблице приведены данные о влиянии количества введенного сорбента КУ-23 на чувствительность определения железа. Были проанализированы образцы воды, содержащие 0,25; 0,5; 1,0;

2 5; 5 0; 10,0 мкг Ре/л. Фенантролинат железа (ЕЕ) концентрировали из 0,25 л пробы воды.на 0,25-2,0 мг мелкодисперсного катионита КУ-23.

Дисперсность катионита 1-10 мкм.

Установлено, что в присутствии

0,25 мг катионита (1 мкг/мл пробы) железо определяется с отрицательной погрешностью, достигающей 40-657 (см„таблицу). Такая точность определения не может считаться удовлетворительной. Анализ фильтрата показал, что наблюдаемые ошибки обусловлены тем, что сорбция фенантролината железа (II) происходит неколичественно, и он частично проходит в фильтрат. При добавлении в 0,25 л пробы

0,5-2,0 мг КУ-23 (2-8 мкг/мл пробы) железо определяется при содержании

> 0,5 мкг/л с погрешностью 207. во всем исследуемом интервале концентраций. Однако с увеличением колира от (1,2-1,8) мкм (нитроцеллюлозный фильтр и 5) до (О, 15-0,25) мкм (ацетилцеллюлозный фильтр N - 2) время фильтрования пробы возрастает от

3 до 30 мин, Пример 1. К 250 мл бидистиллированной воды, в которую введено

0,25 мкг железа, что составляет

1,0 мкг Fe/ë, прибавляют 1,0 мл (4%-ного раствора аскорбиновой кисло-, ты, 1,0 мл 0,28Х-ного раствора о-фенантролина солянокислого и 0,2 мл суспензии катионита КУ-23 (1,0 г катионита КУ-23 в Н+-форме по ГОСТ

20298-74 очищают от железа по ГОСТ

10896-78, увлажняют и растирают в агатовой ступке в течение 30 мин, затем переносят в полиэтиленовую емкость и разбавляют до 200 мл бидистиллятом. Перед использованием суспензию взбалтывают. 1 мл суспензии содержит 5 мг катионита КУ-23 с дисперсностью 1-10 мкм) с содержанием твердой фазы 5 мг/мл. После прибавления каждого компонента раствор перемешивают. Полученный чуть мутный раствор фильтруют через мембранный нитроцеллюлозный фильтр Р 5 под вакуумом, обеспечиваемым водоструйным насосом, и промывают 10 — 15 мл воды.

Фильтр высушивают, измеряют интенсивность окрашивания пятна диаметром 20 мм на компараторе цвета

ФКЦШ-М. Содержание железа определяют по градуировочному графику, построенному в координатах "dI — концентрация железа, мкг/л", где Л I — разность между максимальным и измеренным для данной пробы значениями отражения. В анализируемом растворе найдено: 0,9+О, 1 мкг Fe/ë, относительное стандартное отклонение 0,09, погрешность 10/ при n=5, P=0,95 (строка 3 таблицы).

Пример 2. К 250 мл бидистиллята, в который введено 1,25 мкг железа, что составляет 5,0 мкг Fe/ë, прибавляют ),О мл 4Х-ного раствора аскорбиновой кислоты, 1,0 мл раствора 0,28Х-ного о-фенантролина салянокислого и — после перемешивания

О, 1 мл суспензии катионита КУ-23 °

Далее поступают так же, как описано в примере 1. Найдено: 4,7+0,4 мкг

Fe/л; относительное стандартное отклонение 0,09; относительная погрешность 6Х (строка 5 таблицы).

5 1539616

6 чества КУ-23 в анализируемой пробе возрастает время фильтрования растворов через мембранный фильтр с размером пор 1 мкм. Для количеств (5

КУ-23 2; 4; 6; 8; 10 мкг/мл пробы время фильтрования составляет соответственно 2,5; 3,5; 6,0; 13,0;

27,0 мин.

С целью достижения максимальной 10 чувствительности определения железа при наименьшем времени фильтрования была выбрана концентрация КУ-23 0,51,5 мг в 0,25 л пробы (2-6 мкг/мл пробы) . При добавлении такого коли- 1б чества КУ-23 в анализируемый раствор в нем появляется слабая устойчивая муть, растворы имеют оптическую плотность А = 0,15 при = 500 нм и

1 = 5,0 см. Выбранного количества 20

КУ-23 достаточно для количественного сорбирования О, 125-5,0 мкг железа из пробы объемом 0,25 л. !

Чувствительность определения железа и экспрессность анализа также определяются выбором фильтрующего материала для выделения КУ-23 с сорбированным фенантролинатом железа (II). Предлагаемым методом в оптимальных условиях (дисперсность сор- 30 бента 1-10 мкм, количество — 4 мкг/мл пробы) проанализированы образцы воды, содержащей 5,0 мкг Fe/ë. Фильтрование проводили через плотный бумажный фильтр (зеленая лента), мембранные ацетилцеллюлозные фильтры Р 2 и 7 и мембранные нитроцеллюлозные фильтры Р 4,5,6. В результате установлено, что бумажный фильтр не задерживает КУ-23 с сорбированным 40 фенантролинатом железа (II), практически все железо проходит в фильтрат, т.е. бумажные фильтры (даже очень плотные) непригодны для концентрирования железа; ацетилцеллю- 4б лозные и нитроцеллюлозные мембранные фильтры с размером пор .<(1,2-1,8),мкм полностью задерживают сорбент и позволяют концентрировать железо; нитроцеллклозные фильтры с размером пор щ

3-5 мкм задерживают „70Х железа и пропускают в фильтрат около 307..

Поэтому при концентрировании фенантролината железа (II) необходимо использовать мембранные фильтры с размером пор «<(1,2-1,8) мкм, так как это обеспечивает количественное выделение железа в концентрат. Однако с уменьшением пор мембранного фильт1539616 том, высушивают и сравнивают с градуировочной шкалой. Найдено 0,9+

+ 0,2 мкг/л; при n=5, P=0,95 относительное стандартное отклонение О, 17, погрешность 10Х (строка 7 таблицы).

Результаты определения аелезв в виде фенантролината в присутствии разных количеств катионита КУ-23 с дисперсностью 1-10 мкм (n5 P0,95) КолиКонцентрация катионита Ку-23> мкгlмл пробы

2,О

1>0 введе ного

Погревность, z

На

Найдено

Fe, мкг/л

r Погревность, 2 за, мкг/л

Не обн.

О, 5+0 1 0,16

1,1+0,2 О, 14

2,3+0,1 0,04

5, 1+0,3 0,06

10 0+0 5 0,04

Не обн.

0,4+О,l

1, 1+0,2

2,2+0,3

5,2+0,5

10,3+0,5

Не обн.

0,6+О, 1

0,9+0,1

2,7+0,2

5,2тО>3

9,8+0,4

0,9+0,2

Не обн.

0,5+О, 1

0,9+0,2

2,4+0,2

4, 7+0,4

10,5+0,5

0,25 . Не обн.

0,5 0,3+0,2

1,0 0,8+0,2

2,5 2, 1 0,4 l0,O 3,5+0,5

1,о»

i0

4

0,13 20

0,09 1О

0>06 8

0,11 4 .0,03 2

О,!7 10

0,16 О

0,17 10

0708 4

0,07 6

0>08 5

0,50 40

О> 19 20

0,15 16

0,08 40

0,04 65! г> 18 20

О,!4 to

0,11 12

0,07 4

0,04 3

Визуальное сравнение лри диаметре окрашенного пятна 1О мм.

Составитель В.Агинский

Редактор А.Маковская Техред МеХоданич Корректор Л.Патай

Подписное

Тираж 504

Заказ 212

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям .при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.ужгород, ул. Гагарина, 101

Пример 3. Окрашивание мембраных фильтров хорошо воспроизводится в серии опытов; его интенсивность пропорциональна концентрации железа при содержании 0,125-5,0 мкг/в пробе.

Это позволяет визуально сравнивать окраску полученных концентратов.

Для визуального сравнения интенсивности окраски пятна концентрата и 10 градуировочной шкалы достаточно иметь окрашенное пятно диаметром 10 мм.

Для получения пятна диаметром 10 мм объем пробы уменьшают в 4 раза, что сокращает расход реактивов и ускоряет проведение анализа.

К 65 мл бидистиллята, в который введено 0,065 мкг железа, что соответствует концентрации 1,0 мкг Fe/ë, .прибавляют 0,25 мл 4Х-ного раствора аскорбиновой кислоты, 0,25 мл 0,28Хного раствора.о-фенантролина солянокислого и 0,1 мл суспензии катионита КУ-23. Смесь фильтруют через мембранный фильтр, закрепленный в держа- 25 теле с фильтрующей поверхностью диаметром 10 мм, промывают бидистилляФормула изобретения

Способ определения железа в деионированной воде, включающий его восстановление до железа (ТТ)з переведение в окрашенный комплекс с ортофенантролином, сорбционное концентрирование комплекса железа (II) на катионите и измерение окраски концентрата, по которой судят о количестве железа, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и зкспрессности анализа, фенантролинат железа (II) концентрируют сорбцией на катионите с размером частиц 1-10 мкм при его содержании

2-6 мкг/мл и фильтрованием через мембранный фильтр с размером пор

1,2-1,8 мкм и окраску концентрата на фильтре измеряют денситометрированием.